Цифровая модель местности

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Псковский государственный  политехнический институт

Кафедра Государственного и муниципального управления

Контрольная работа

Дисциплина: ГИС в муниципальном планировании и управлении.

Выполнил студент гр._______ __________________________Белинский Е.О.

Шифр: № 00661017

Руководитель ________________________________________Шилин В.Г.

Псков

2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………………………………..3

Часть 1. Цифровая модель местности

1. Понятие цифровой модели местности……………………………………………..4
2. Цифровые модели в сельском хозяйстве………………………………………….4
3. ГИС в сельском хозяйстве…………………………………………………………………..6
4. Этапы создания ГИС……………………………………………………………………………8

Часть 2. ГИС в управлении объектами  энергетики

2.1      ГИС для анализа ресурсной базы нефтегазовых компаний……………10

Заключение………………………………………………………………………………………………..14

Список используемой литературы……………………………………………………………15

Введение

          Ведение народного хозяйства страны невозможно без детального изучения ее территории. Современная техника геодезических и съемочных работ обеспечивает получение точной топографической карты, характеризующей географический ландшафт по его основным элементам. Эта карта, кроме непосредственного обслуживания народнохозяйственных нужд, дает еще основу для изучения страны в геологическом, гидрогеологическом, почвенном, ботаническом и других отношениях. На основе этой карты составляются различные общегеографические и специальные карты.

В науках о Земле информационные технологии породили геоинформатику и географические информационные системы (ГИС). Любая ГИС представляет из себя систему для сбора, хранения, анализа и представления картографической информации. Геоинформационные системы могут включать природную, биологическую, культурную, демографическую или экономическую информацию.

Часть 1.

         1.1. По определению, географическая информационная система (ГИС) -- это система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных . ГИС можно рассматривать как модель изучаемого объекта и промежуточное звено между объектом и исследователем. Соответственно ГИС располагает значительным количеством приемов анализа пространственных объектов, с помощью которых исследуют структуру и морфологию явлений с их количественной оценкой. Изучают динамику и развитие явлений, выполняют прогнозные исследования и др. По территориальному охвату различают глобальные, региональные, локальные, или местные ГИС. Проблемная ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами (научными и прикладными), среди них -- инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений.

         Базовым компонентом любой ГИС являются географические или пространственные данные, представленные в виде цифровых данных о пространственных объектах и включающие сведения об их местоположении и свойствах, пространственных и непространственных атрибутах. Полное описание пространственных данных складывается из взаимосвязанных описаний топологии, геометрии и атрибутики объектов.

          1.2. Цифровые модели рельефа и производные от них морфометрические карты могут быть применены в самых разных направлениях, научных исследований и областях народного хозяйства. Изучение подобных характеристик позволяет обнаружить и уточнить проявление таких природных динамических процессов и явлений, как снежные лавины, сели, оползни, камнепады, развитие различных форм эрозии. Автоматизированное составление карт углов наклона представляет широкие возможности для их использования в географических исследованиях, при планировании, проектировании и других целей.

       Бурное развитие геоинформатики порождает немало приложений, в которых используется та или иная цифровая модель рельефа (ЦМР) земной поверхности. Подавляющее число таких приложений, например, прогноз наводнений, обеспечение безопасности полетов, объемное представление карты на экране компьютера и т.п., требуют по возможности наиболее точных моделей. Зачастую требования по точности ЦМР можно удовлетворить, создавая модели на основе цифровых топографических карт соответствующего масштаба, содержащих информацию о рельефе в виде изолиний, отметок высот, отметок урезов воды и т.п. Процесс создания модели рельефа (в триангуляционном или матричном виде) по цифровым данным такого типа в настоящее время хорошо изучен и реализован во многих ГИС-пакетах.

          1.3. В сельском хозяйстве такие карты используют при планировании севооборотов и очередности проведения сельскохозяйственных работ, землеустройстве, определении условий снегонакопления на полях, оценке развития овражной эрозии. Параметры углов наклона учитывают при разработке новых моделей сельскохозяйственной и транспортной техники, проектировании трасс железных и автомобильных дорог, трубопроводов, строительстве промышленных и бытовых строений, разработке гидромелиоративных систем. При съемке шельфа возникает также необходимость определения углов наклона дна для выбора расстояния между съемочными галсами и высоты сечения рельефа, для определения скорости изменения глубин. Зная экспозиции склона можно уточнять графики проведения сельскохозяйственных работ, определять сроки готовности пахоты к проведению агромероприятий, оценивать влияние различных погодных условий на рост и созревание растений, состояние лугов, пастбищ. Велико значение этих карт для дорожной службы, где по ним можно прогнозировать возникновение снежных заносов и других неблагоприятных явлений, затрудняющих работу автомобильного и железнодорожного транспорта, сделать расчеты расхода топлива по отдельным участкам трасс и т.п.

          В основе системы управления сельскохозяйственным производством лежит текущий и ретроспективный мониторинг объектов сельскохозяйственного назначения, мониторинг агроэкологических характеристик почв, технических возможностей хозяйства. На основе мониторинга и научных знаний происходит планирование сельскохозяйственных работ. В зависимости от планируемых работ и внешних факторов, воздействующих на хозяйство, происходит учёт фактических мероприятий. Обрабатывая и анализируя планируемые и фактические мероприятия, происходит анализ производственной деятельности и принятие оперативных решений. Анализ и обработка информации подразумевает расчёт показателей экономической эффективности планируемых и фактических мероприятий и возможные агроэкологические последствия.

Ниже перечислены задачи, решаемые в данной автоматизированной системе  управления:

- автоматический подсчёт пространственных  характеристик (длина, площадь,  уклон местности).

- ведение текущего мониторинга  сельскохозяйственных угодий;

- ведение ретроспективного мониторинга  угодий;

- прогнозирование урожайности  в зависимости от питательных  элементов, и расчёт потребности  культуры в питательных элементах  в зависимости от планируемого  урожая;

- расчёт потребности в средствах  химической мелиорации;

- автоматизированное создание  технологических карт;

- получение сводной информации  по севооборотам и по хозяйству  в целом;

- расчёт баланса гумуса и  питательных элементов по севооборотам  и по хозяйству в целом;

- автоматизированное создание  учётного листа механизатора  с расчётом трудозатрат;

- автоматизированный учёт техники  и сельскохозяйственного инвентаря  с расчётом экономических показателей;

- расчёт экономических показателей  агротехнических мероприятий;

- расчёт экономических показателей  выращивания культуры по сельскохозяйственным  угодьям. 

- ведение пространственно распределённой  базы данных, т.е. привязка информации  к объектам на карте. 

- получение объёмных моделей  в т.ч. рельеф, распределение азота,  фосфора, калия и других элементов  почвы в целом по хозяйству,  для определения агроэкологического  потенциала.

         В результате имеется возможность на каждом этапе выращивания культуры проанализировать планируемые и фактические затраты. В случае отклонения программа позволяет выявить причину для принятия соответствующего решения. Таким образом, осуществляя контроль себестоимости продукции.

         На основе ретроспективного мониторинга сельхозугодий, конструктивных особенностей полей, внешних факторов принимаются решения по корректировки проводимых в хозяйстве мероприятий.

        Автоматизированный учёт фактических работ позволяет осуществлять контроль за работой механизаторов (отработано часов, выполнено нормосмен, начислено на заработную плату и т.д.) и контролировать использование техники (выполнено работ в эталонных га, отчисления на амортизацию и ремонт, и т.д. ).

       При помощи инструментов геоинформационной системы имеется возможность рассчитывать расстояния от складов, тракторного парка, водоёмов и т.д. до рабочих участков, что позволяет контролировать расход ГСМ, затраты на автотранспорт.

      На основе обобщённых данных происходит агротехнический, агроэкологический и экономический анализ производственной деятельности. Принимаются решения по эффективному использованию ресурсов, устранению или уменьшению влияния факторов тормозящих развитие хозяйства.

1.4. Этапы создания ГИС

       I этап. Этап первичного сбора информации. Ориентирован на быстрый сбор материалов без использования ГИС средств. Данные собираются в файловое хранилище, структура которого ориентирована на документооборот и представляет собой аналог бумажного архива межевых дел.

       II этап. Реализуется на выбранной ГИС платформе. Условия перехода:    концепции внедрения ГИС и специализированного программного обеспечения для конвертирования данн в ГИС формат. Прототип такой системы реализован компанией ДАТА+ на базе программных продуктов ArcGIS.

       В базу пространственных данных конвертированы данные кадастрового учета. Обеспечено точное координатное позиционирование земельных участков внутри территорий действия одной системы координат (например, на территории одного административного образования). Обеспечено агрегирование данных по некоординатным описаниям (адрес) до более крупных территорий. В качестве базовой картографической информации используются мелкомасштабные цифровые карты.

       Хранилище данных представляет собой базу геоданных, структура которой сходна со структурой файлового хранилища I этапа. Данные хранятся в промышленной СУБД (Oracle, SQL). Доступ к данным и администрирование осуществляется через сервер пространственных данных ArcSDE. Для автоматизации загрузки данных в базу геоданных разработан специализированный конвертор.

       Работа с данными осуществляется в настольных продуктах ArcView и ArcEditor. В качестве базовой карты использована карта России масштаба 1:1000000. Агрегирование данных осуществляется с помощью словарей и ссылок, основанных на адресной системе РФ с кодами ОКАТО, схеме кадастрового деления территории РФ.

        III этап. Реализация полнофункциональной ГИС. Прототип системы обеспечивает многие функции и информационные запросы, связанные с учетом и управлением недвижимостью. Затраты на его реализацию и внедрение невелики. Создание полнофункциональной ГИС является гораздо более трудоемким проектом, реализация которого требует решения ряда серьезных, в том числе и организационных задач:

· Получение описаний всех используемых систем координат для обеспечения  точного координатного позиционирования объектов на любых территориях.

· Разработка корпоративных классификаторов  пространственных данных и соответствующая  реструктуризация всех данных в хранилище.

· Создание банков картографической информации необходимых масштабов - от мелких (1: 1000000) до крупномасштабных планов отдельных территорий (1:500). Создание системы мониторинга картографической информации. Разработка регламентов  обмена информацией с государственными и корпоративными реестрами.

· Разработка специализированного  программного обеспечения ГИС для  реализации некоторых функций системы, таких как формирование охранных зон технологических объектов.

Часть 2.

        Ресурсная база - основа развития нефтяной компании. Практически любая информация по ресурсной базе (подсчетные планы, схемы, карты и т.д.) имеет точную координатную привязку и, в большинстве случаев, результаты ее обработки и анализа представлены в картографической форме, что подразумевает необходимость использования геоинформационных технологий. Применение возможностей геоинформационных систем позволяет не только повысить достоверность количественного прогноза нефтегазоносности, но и решать ряд других насущных задач, таких как:

· оценка экономической эффективности  и планирование геологоразведочных работ;

· отслеживание состояния ресурсной  базы на территории деятельности нефтяной компании;

· проверка пространственной корректности данных;

· мониторинг за выполнением условий  лицензионных соглашений в сфере  добычи углеводородного сырья и  многих других.

       Эффективное планирование геологоразведочных работ на углеводородное сырье требует знания ресурсной базы конкретного региона для прогноза развития нефтегазовой отрасли на перспективу. Структура ресурсной базы включает текущие запасы промышленных категорий А, В, С1, предварительно оцененные С2 и собственно ресурсы, которые по степени геолого-геофизической изученности подразделяются на перспективные и прогнозные. При переводе ресурсов в запасы промышленных категорий с максимальной эффективностью важную роль также играют геоинформационные системы.

Поскольку для решения вышеперечисленных  задач необходимы большие объемы разнородной и специализированной информации, тут не обойтись без  совместной работы различных геологических  отделов. А для этого важно  создание модели, наиболее полно описывающей предметную область, и соответствующего программного комплекса, обеспечение их интеграции с другими базами данных и системами.

        Одним из наиболее ярких примеров работы с ресурсной базой с использованием геоинформационных технологий служит "Система мониторинга недропользования» (СМН), построенная на основе программного обеспечения ESRI ArcGIS и Мiсrоsоft.NET Framework. Разработка велась в течение пяти лет в 000 "Сибгеопроект» (г. Тюмень) и вобрала в себя опыт работы большого количества специалистов разных направлений нефтегазовой отрасли. Часть системы, реализующая возможности ГИС, основана на технологии ESRI ArcGIS. являющейся корпоративным стандартом во многих ведущих компаниях, в том числе и нефтегазовой отрасли. Также ArcGIS - это широко распространенная, многофункциональная и мощная геоинформационная система, предоставляющая развитые возможности для работы с пространственными данными и позволяющая реализовывать эти возможности в разномасштабных корпоративных программных комплексах, таких, например, как «Система мониторинга недропользования». В систему также входит модель данных, используемая этим программным комплексом и обеспечивающая хранение как документальных, так и пространственно привязанных данных. Модель системы развертывается на современных, надежных, являющихся стандартами в своих областях системах управления базами данных - SQL Seгver и Oracle.

       В системе содержатся сведения по балансу запасов месторождений, сгруппированные по субъектам федерации и годам, что позволяет отслеживать пространственно-временные изменения состояния запасов и ресурсов. Информация хранится в структурированной древовидной форме:

       По каждому из объектов дерева можно просмотреть информацию по запасам на начало и конец года, изменения, произошедшие в текущем году, уровни добычи. Каждый объект имеет пространственное представление в системе, за исключением флюидов. Одним из преимуществ системы является упрощение привязки объектов к их географическому представлению. При этом необходимо привязать к карте только контура категории залежи, контура же пластов (залежей) и месторождений система сформирует автоматически. Это позволяет избежать несогласованности контуров месторождений, пластов, залежей и категорий залежей между собой.

         Для полного  анализа, например для расчетов  при планировании различных работ,  пользователям очень часто необходимы  исторические сведения. В системе,  помимо актуальных данных на  конкретный период, также хранятся  исторические сведения за прошедшие года. Разработан инструмент позволяющий проводить временной анализ по ресурсной базе как по годам, так и по стратиграфии. В данном случае пользователю предоставляется возможность проводить анализ по всей территории производственной деятельности предприятия. То есть система фильтрует и визуализирует только те контура месторождений, пластов (залежей), категорий залежей, которые относятся к конкретному ярусу (группе ярусов).

        Система мониторинга недропользования” обладает единым информационным полем по пространственным, атрибутивным и подтверждающим документальным данным, которые необходимы для полного анализа и эффективного развития ресурсной базы. Они условно делятся на следующие блоки:

· Лицензирование - карты недропользования, обзорные схемы лицензионных участков, лицензионные соглашения и дополнения;

· Изученность поисково-разведочное  бурение, сейсмопрофили, схемы изученности, обзорные карты районов работ сейсмопартий;

· Картографический материал подсчетные планы, схемы корреляции и опробования, карты тектонического районирования;

· Результаты геологоразведочных работ;

· Проектные документы;

· Экология;

Система управления ресурсами дает возможность специалистам компаний решать задачи по повышению эффективности  геологоразведочных работ, оптимизации  затрат на подготовку новых запасов  и вовлечение их в разработку. Система  легко масштабируется, имеет развитый набор функций и инструментов, позволяет осуществлять различные  виды анализа, создавать высококачественную картографическую продукцию.

          В заключение хотелось бы отметить, что "Система мониторинга недропользования» успешно внедрена и эксплуатируется в большинстве крупных нефтегазовых компаний Российской Федерации, таких как ОАО "ТНК ВР», 000 "ЛУКОЙЛ - Западная Сибирь», ОАО "Газпромнефть», ОАО "Русснефть».

Заключение

        По мере быстрого внедрения ГИС в сферу исследования запасов углеводородов и других полезных ископаемых, их разведке, добыче и транспортировке стремительно растет как число выполненных проектов, так и круг задач, реально решаемых с помощью этой технологии в разных странах.

Некоторые, но далеко не все, преимущества использования ГИС состоят в  том, что:

· использование ГИС-моделирования  сокращает полевые изыскательские работы;

· экономится время и стоимость  обсуждения проекта;

· повышается рентабельность за счет ускорения строительства и эксплуатации;

· при ликвидации аварийных ситуаций уменьшаются затраты на очистку  от загрязнения и возмещение убытков;

· создаются базы данных о собственности, помогающие в планировании и выборе перспективных вариантов использования  имуществ.

Список  используемой литературы

1. А.С. Самардак, Геоинформационные системы: Учебное пособие, 2004
2. А.К. Ковальчук, "Основы геоинформационных систем", 2009
3. geodesy.net.ru